Ich habe ein Mikro- und ein HF-Modul, die ich entweder mit 3 AA-NiMH-Zellen oder einer einzelnen 18650-Li-Ionen-Zelle mit Strom versorgen möchte. Habe mich noch nicht entschieden welche ich verwende. Meine aktuellen Anforderungen sind nicht so hoch (~ 2 mA oder so), aber ich möchte eine ziemlich lange Laufzeit erreichen (30+ Tage zwischen dem Aufladen).
Sowohl das Mikro- als auch das HF-Modul haben eine ziemlich breite Eingangsspannung, das HF-Modul hat jedoch einen maximalen Eingang von 3,6 V. Das Problem ist also, dass bei voll aufgeladenen Batterien jede dieser Konfigurationen leicht mehr als die max. 3,6 V liefern würde: eher 3,8-4,2 V, vermute ich.
Mein Bauchgefühl sagt mir, dass der Abfall von beispielsweise einer 1N4001-Diode (~ 0,6 V) zumindest anfangs ausreichen sollte, aber wenn sich die Zellen entladen, brauche ich diesen Abfall von 0,6 V nicht mehr und bin dann nur noch Verschwendung .
Mein anderer Gedanke war, einen hocheffizienten Abwärts- / Aufwärtswandler ( wie diesen ) mit Vout auf etwa 3 V einzustellen. Ich brauche nicht unbedingt einen festen 3-V-Ausgang, da sowohl das Mikro- als auch das HF-Modul bis auf 1,9 V herunterarbeiten.
Was ist der effizienteste Weg, um den Ausgang so zu senken, dass eine dieser Batteriekonfigurationen 3,6 V oder weniger liefert?
Gute Lösung:
2 x AA NimH AA von namhaftem Hersteller (NICHT 3).
Verwenden Sie noch besser NimH AA mit geringer Selbstentladung.
2 mA x 24 Stunden x 30 Tage = ~ 1500 mA Stunden. Eine moderne 2500-mAh-AA-NimH-Zelle von guter Qualität hat eine echte Kapazität von fast 2500 mAh (sagen wir sicherheitshalber 2400 mAh). Tatsächlich ist die Kapazität bei der sehr niedrigen Entladerate von 2 mA höher. Ein Sanyo Eneloop AA hat etwa 2000 mAh Kapazität.
Um >= 1500 mAh bereitzustellen, müsste der 2400-mAh-Anruf nicht mehr als (2400-1500)/2400 = ~37 % Kapazität verlieren. Jede seriöse NimH-Zelle wird in einem Monat weniger als so viel Verlust haben.
Ein Eneloop oder ein anderer seriöser NimH-Anruf mit geringer Selbstentladung verliert in einem Monat weit weniger als das.
Da Sie eine Versorgungsspannung von 1,9 V tolerieren können, ist die Verwendung von 2 x NimH sinnvoll. Bei 2 mA liefert ein AA Nimh 1,2 V+ über den sehr großen Teil seines Entladezyklus.
Mit zwei Zellen und einer maximal zulässigen Spannung von 3,6 V können Sie bis zu 1,8 V/Zelle haben - was Sie niemals erreichen werden. Das Maximum ist immer 1,5 V / Zelle bei Ladung abs max, 1,35 V / Zelle direkt nach der Ladung, die schnell auf unter 1,3 V / Zelle abfällt.
Die Entladung sollte bei sehr niedrigen Entladungsraten nicht unter beispielsweise 1,05 - 1,1 V/Zelle fallen. (Niedriger bei höheren Raten).
Hier gibt es mehrere Dinge...
Die von Ihnen gewählten NiMH-Zellen könnten theoretisch eine Stromaufnahme von 2 mA für mehr als 30 Tage unterstützen, basierend nur auf dem mAh-Nennwert. Allerdings ist die Selbstentladung zu berücksichtigen. Dieser Wikipedia-Artikel besagt, dass ein typischer NiMH-Akku am ersten Tag 5-10% seiner Ladung verliert und jeden Tag danach etwa weitere 1%. Meine Erfahrung ist, dass dies nur für neue Batterien gilt und ältere Batterien sich viel schneller selbst entladen. Mein Akku-Bohrschrauber zum Beispiel wäre im Neuzustand 6 Wochen nach einer vollen Ladung nutzlos, aber jetzt ist er nach nur einer Woche nutzlos – wenn er während dieser Zeit überhaupt nicht benutzt wird.
Lithium-Akkus hingegen haben eine deutlich geringere Selbstentladung. Deshalb kaufe ich mir jetzt ganz bald einen Akku-Bohrschrauber auf Lithiumbasis!
Zu Ihrer Frage ... Das Problem bei der Verwendung einer Diode besteht darin, dass der Spannungsabfall nicht immer 0,6 V beträgt. Bei niedrigen Strömen könnte es viel weniger sein. Das Datenblatt für die Diode enthält ein Diagramm, das den Spannungsabfall gegenüber dem Strom zeigt. Sie sagen 2 mA, aber bei Impulsen von mehr als 4 mA werden es wahrscheinlich meistens weniger als 0,5 mA sein (nur eine Vermutung). Wenn es also 0,5 mA nimmt, ist die Spannung zum Modul möglicherweise zu hoch.
Das ideale Gerät ist ein speziell für diesen Zweck entwickelter Low-Dropout-Linearregler (LDO). Tut mir leid, aber ich habe gerade keine Zeit, einen zu finden. Aber es gibt LDOs, die für den Betrieb mit einer Batterie ausgelegt sind. Wenn die Batterie neu ist, reguliert sie sich wie gewohnt, aber wenn Vin unter die ideale Vout fällt, hört der Regler auf zu regulieren und Vout entspricht im Grunde Vin. Nicht jeder LDO wird dies tun! Wenn es nicht im Datenblatt steht, müssen Sie davon ausgehen, dass dies nicht der Fall ist.
Eine andere Idee wäre, einen eigenen "lahmen schaltenden Abwärtswandler" zu erstellen. Das Geschäftsende des Wandlers ist ein einfacher MOSFET, der Vbat an eine Speicherkappe speist. Der Ausgang der Kappe speist Ihr Modul. Wenn die Kappenspannung unter beispielsweise 2,5 V fällt, schaltet sich der MOSFET ein. Wenn die Kappenspannung 3,3 V erreicht, schaltet sich die Kappe aus. Ein einfacher Spannungskomparator mit Hysterese kann dies leisten. Suchen Sie nach einem Super-Low-Power-Komparator, da Sie nicht möchten, dass dieses Ding mehr Strom verbraucht als Ihr Modul. Machen Sie die Kappe groß genug, dass die Ein- / Ausschaltrate des MOSFET nicht zu schnell ist. Unter 10 KHz oder vielleicht sogar unter 1 KHz. Eine Induktivität in Reihe mit dem MOSFET ist möglicherweise keine schlechte Idee, um den Spitzenstrom aus der Batterie zu reduzieren. Ich würde jedoch lieber einen LDO als diesen verwenden, da es viel einfacher wäre, gleich beim ersten Mal richtig zu werden.
Verwenden Sie einen Low-Dropout-Regler, der deutlich unter dem Punkt liegt, an dem die Batterien für Sie unbrauchbar werden - etwas wie 2,5 V (oder sogar 2 V) sollte ausreichen, wenn beide Geräte bei dieser Spannung funktionieren. Sie sind billig, einfach zu bedienen und benötigen nur ein paar Entkopplungskondensatoren. Im Allgemeinen werden Ihre Batterien nicht unter 3 V fallen, bevor sie aufgeladen werden müssen.
Verschwenden Sie kein Geld für einen Schaltregler, es sind nur zusätzliche Probleme und Komponenten.
ZB MCP1825S Sie können eine 2,5-V-Festversion mit einem Ausfall von etwa 2,7 V erhalten.
Craig
Craig